Imagerie par ultrasons à haute fréquence de l'aorte abdominale

Source: Amelia R. Adelsperger, Evan H. Phillips, et Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana

Les systèmes d'échographie haute fréquence sont utilisés pour acquérir des images haute résolution. Ici, l'utilisation d'un système de pointe sera démontrée pour l'image de la morphologie et de l'hémodynamique des petites artères et veines pulsatiles trouvées chez les souris et les rats. L'échographie est une méthode relativement peu coûteuse, portative et polyvalente pour l'évaluation non invasive des vaisseaux chez l'homme ainsi que chez les grands et les petits animaux. Ce sont là plusieurs avantages clés que l'ultraound offre par rapport à d'autres techniques, telles que la tomographie calculée (CT), l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et la tomographie par fluorescence proche infrarouge (NIRF). La tomodensitométrie nécessite un rayonnement ionisant et l'IRM peut être prohibitivement coûteuse et même peu pratique dans certains scénarios. NIRF, d'autre part, est limité par la profondeur de pénétration de la lumière nécessaire pour exciter les agents de contraste fluorescent.

L'échographie a des limites en termes de profondeur d'imagerie; cependant, ceci peut être surmonté en sacrifiant la résolution et en utilisant un transducteur de basse fréquence. Les gaz abdominaux et l'excès de poids corporel peuvent gravement diminuer la qualité de l'image. Dans le premier cas, la propagation des ondes sonores est limitée, tandis que dans ce dernier cas, elles sont atténuées par des tissus sus-susaires, tels que la graisse et le tissu conjonctif. Par conséquent, aucun contraste ou faible contraste ne peut être observé. Enfin, l'échographie est une technique très dépendante de l'utilisateur, exigeant de l'échographe qu'il se familiarise avec l'anatomie et qu'il puisse contourner des questions telles que l'apparition d'artefacts d'imagerie ou d'interférences acoustiques.

L'échographie est une modalité d'imagerie clinique courante. Les principes fondamentaux de l'échographie comprennent la propagation des ondes acoustiques, leur interaction avec les tissus et l'enregistrement d'ondes réfléchies et dispersées (c.-à-d. échos). Les transducteurs à haute fréquence récemment développés peuvent émettre des ondes acoustiques entre environ 13 et 70 MHz. Par exemple, un transducteur dont la plage de fréquences se situe entre 22 et 55 MHz a une fréquence centrale de 40 MHz. Cette plage permet une résolution spatiale de l'ordre de 50 m dans la direction du faisceau d'ultrasons, ce qui le rend adapté aux structures d'imagerie à l'échelle millimétrique. Pour scanner, un transducteur émet d'abord un faisceau d'ondes acoustiques. Certaines de ces ondes sont réfléchies vers le transducteur lorsqu'elles entrent en collision avec une frontière entre deux tissus, qui ont des impédances acoustiques différentes. Le temps de transit d'une onde (c.-à-d. le temps entre l'émission et la détection) est utilisé pour déterminer les lignes horizontales individuelles d'une image. La dispersion des ondes acoustiques, c'est-à-dire la déviation des ondes dans de nombreuses directions lorsqu'elles interagissent avec des structures beaucoup plus petites que la longueur d'onde, est responsable de la plupart des informations sur l'image à ultrasons. Une partie de cette diffusion acoustique des ondes est enregistrée par le transducteur, fournissant les détails fins dans une image à ultrasons. Les ondes acoustiques à haute fréquence ont une pénétration de profondeur plus faible en raison de l'atténuation plus élevée du son dans les tissus. Pour cette raison, les transducteurs haute fréquence ne sont pratiques pour l'imagerie que jusqu'à une profondeur de 15-30 mm. Dans l'imagerie vasculaire, le contraste d'image d'ultrason apparaît le long des murs de navire. Les globules rouges et les plaquettes offrent également un contraste de taches dans le sang. La vitesse (v en cm/s) peut être mesurée selon le principe de l'effet Doppler :

v ' c 'F / (2 ' F_o ' cos' )

où c - vitesse du son dans les tissus (154 cm/s); Fréquence des quarts de travail Dedler (1/s); F_o - fréquence transmise (1/s); et l'angle entre le faisceau d'ultrasons et la direction du flux sanguin. La formation image de Doppler des vaisseaux est employée pour évaluer la dynamique de flux sanguin dans les états sains et malades.

1. Configuration de l'image

1. Activez le système d'échographie à l'aide de l'interrupteur à l'arrière. Allumez le moniteur.
2. Branchez l'unité de surveillance physiologique et activez la surveillance de la fréquence cardiaque et de la température. Allumez le réchauffeur de gel et assurez-vous que la lumière est allumée.
3. Vérifiez le niveau d'isoflurane dans le vaporisateur anesthésique et remplissez si nécessaire.
4. Allumez votre réservoir O₂ ou votre source d'air filtrée et ajustez le flux d'air sur le vaporisateur à environ 1 L/min.
5. Fixez l'étape de la souris ou du rat, puis branchez le cordon VGA à ce stade. Fixez le cône de nez correspondant en place, et vérifiez que les tubes isoflurane (noir) et de gaz résidueux (bleu) sont correctement reliés au cône de nez.
6. Choisissez un transducteur à utiliser pour votre procédure et branchez-le dans le port « actif » sous le système d'imagerie. Passez le câble de transducteur à travers des supports en plastique au-dessus de la monture de la sonde et fixez le transducteur dans la pince. Notez qu'il y a une petite ligne surélevée d'un côté de chaque transducteur pour déterminer l'orientation de l'image.
7. Anesthésiez l'animal selon les directives de l'AVMA et le préparent à l'imagerie. Ajouter l'onduleur ophtalmique aux yeux, fixer les pattes aux électrodes de scène, et enlever les cheveux dans la zone d'intérêt à l'aide d'une crème dépilatoire. Couvrez la zone à l'image d'un gel transduisant à ultrasons réchauffé.

2. Acquisition d'images

1. Sur le système, commencer une nouvelle étude en sélectionnant New and Study, ou trouver une étude que vous avez déjà commencé et sélectionnez Nouveau et Série. Une fois dans une nouvelle série, sélectionnez un utilisateur hors du menu et nommez votre série de manière appropriée.
2. Une fois votre série créée, sélectionnez mode B (mode luminosité) à partir du clavier. Toutes les touches de modalité d'imagerie sont sur la rangée inférieure du clavier noir.
3. Roulez le transducteur jusqu'à l'endroit désiré en veillant à regarder l'écran pour éviter d'appliquer trop de pression sur l'animal. Vérifiez le taux respiratoire (RR) qui apparaît sur l'écran ainsi, parce que trop de pression peut causer le RR à la baisse.
4. En regardant l'image en mode B, ajustez le placement du transducteur en retournant doucement les boutons x et y-axe trouvés sur la scène jusqu'à ce que vous trouviez l'emplacement désiré.
5. Une fois que vous avez l'emplacement souhaité, attendez que la barre blanche au bas de l'image se remplisse avant d'appuyer sur Image Label pour enregistrer l'image. Lors de l'étiquetage de votre image, le type de modalité sera indiqué à côté de l'étiquette d'image sur l'écran de gestion de l'étude, de sorte que vous n'avez pas besoin de s'inquiéter d'inclure cela dans l'étiquette d'image.
6. Pour les images en mode M, sélectionnez mode M (mode mouvement) à partir du clavier. Utilisez la porte SV pour rétrécir ou élargir les barres jaunes et le curseur pour aligner les barres sur l'emplacement désiré. Une fois placé correctement, appuyez à nouveau sur le mode M. Le placement des barres peut être ajusté en mode M.
7. Pour l'imagerie EKV, sélectionnez le mode B et assurez-vous que vous êtes au bon endroit. Sélectionnez ensuite EKV, réglez les paramètres et appuyez sur Scan. La modalité EKV moyenne de nombreuses images en mode B sur plusieurs cycles cardiaques.
8. Pour utiliser doppler couleur, sélectionnez B-mode, vérifiez que vous êtes dans le bon endroit, puis sélectionnez Couleur. Sélectionnez Mise à jour et déplacer le curseur vers le haut, vers le bas, vers la gauche ou vers la droite pour atteindre la taille de la boîte désirée, et sélectionnez Mise à jour pour le verrouiller. Vous pouvez ensuite utiliser le curseur pour déplacer la boîte à l'emplacement désiré. Le fait de tourner vers le haut le bouton Velocity augmente le seuil de vitesse et peut diminuer le signal de fond.
9. Pour utiliser doppler d'onde pulsée pour mesurer la vitesse de flux sanguin, il est utile d'être d'abord en mode Doppler de couleur avant d'appuyer sur PW. Deux lignes jaunes inclinées apparaîtront. L'utilisateur doit aligner la ligne plus courte et pointillée pour être parallèle aux parois antérieures et postérieures du navire en ajustant l'angle de faisceau et en tournant le bouton PW Angle. La ligne jaune pointillée deviendra bleue si l'angle entre les deux lignes est trop grand. Une fois que cela est aligné, appuyez sur PW, puis ajuster les commandes Baseline, Velocity et Doppler Gain pour centrer et égayer les formes d'ondes.
10. Pour utiliser le mode 3D, commencez en mode B et alignez la sonde au centre de la structure que vous souhaitez imager. Utilisez le gating respiratoire et eKG-déclencheur pour des applications cardio-vasculaires. Appuyez sur la 3D et fixez la distance d'analyse désirée et la taille de l'étape. Une fois l'analyse terminée, cliquez sur Charge en 3D pour visualiser vos données 3D.
11. Vous pouvez afficher vos images acquises à tout moment pendant l'imagerie en appuyant sur Study Management en haut à droite des deux colonnes de boutons sur le côté gauche.
12. Lorsque vous avez terminé l'acquisition d'images dans une série, sélectionnez Série Close à partir de l'écran de gestion de l'étude. Vous pouvez maintenant ouvrir une nouvelle série au sein de votre étude, si nécessaire.

3. Transfert et nettoyage des données

1. Pour transférer des données aux fins d'analyse, sélectionnez les études ou les séries individuelles que vous souhaitez copier à partir de l'écran de gestion de l'étude.
2. Cliquez sur Copiez à partir du coin supérieur droit sur l'écran de gestion de l'étude. Sélectionnez l'emplacement du fichier souhaité et appuyez bien.
3. Vous pouvez maintenant retirer l'anmial et le retourner à son logement pour récupérer.
4. Pour nettoyer l'ultrason, vaporisez un essuie-tout avec un spray en T et essuyez la scène chauffée et la sonde rectale. Ne vaporisez jamais le désinfectant directement sur la scène.
5. Le transducteur doit être essuyé avec 70% d'éthanol sur un essuie-tout avant d'être remis dans le support.
6. Pour éteindre l'air, éteignez le réservoir O2 ou la source d'air filtrée. Vous devriez voir la perle d'écoulement d'air lentement tomber à 0 sur le vaporisateur.
7. Une fois que vous avez terminé avec le système, cliquez sur le bouton d'alimentation sur l'écran de gestion de l'étude dans le coin supérieur droit et permettre au moniteur de s'éteindre complètement.
8. Éteignez le bouton d'alimentation à l'arrière du système seulement après que le moniteur est complètement éteint. Vous devriez entendre l'arrêt du ventilateur une fois qu'il a été correctement arrêté.

Cette procédure a permis la formation image anatomique et fonctionnelle de l'aorte abdominale. L'acquisition d'images en temps réel en axe court et long par l'échographie B-mode, M-mode et Doppler prend au moins trente minutes et nécessite donc un suivi attentif de l'animal anesthésié. Certaines données sont facilement analysées à la volée, comme les scans bidimensionnels en mode B (fig. 1). Ces données peuvent fournir des mesures de diamètre aortique ou de surface transversale. D'autres données, telles que le mode B tridimensionnel (fig. 2), le mode M (fig. 3), le Doppler de couleur (fig. 4) et les images de PW Doppler (fig. 5), sont habituellement analysées hors ligne pour déterminer le volume aortique, la souche cyclique cirifrienne et la vitesse du flux sanguin. Ensemble, ces jeux de données fournissent des informations quantitatives et qualitatives sur la morphologie tridimensionnelle ainsi que sur l'hémodynamique et la pulsatilité de l'aorte abdominale.

Figure 1 : Disséquer l'anévrisme aortique chez une souris. L'artère coeliaque et l'artère mésentérique supérieure peuvent être vues ramification outre du dessus du récipient. Le signal ECG (ligne verte) de la souris et le signal respiratoire (ligne jaune) sont indiqués sous l'image.

Figure 2 : Trace en mode mouvement (mode M) de l'aorte suprarénale d'une souris saine. Une image scoute en mode B est montrée au-dessus des données unidimensionnelles en mode M, qui sont acquises dans la direction antéropostérieure. Les données du mode M montrent un mouvement pulsatile, en particulier dans le mur antérieur. Ceci suggère que les mesures de la tension de navire seront normales.

Figure 3 : Rendu sainage de volume (maille cyan) d'une aorte suprarénale de souris avec (gauche) et sans (droite) un aneurysm aortique abdominal disséquant. Les données d'échographie d'un plan coronal sont montrées et la tête de l'animal est vers le haut de l'écran. L'anévrisme s'est étendu vers la gauche et le volume et le diamètre aortique maximal sont nettement plus importants qu'avant l'expansion.

Figure 4 : Image de Doppler de couleur d'une aorte suprarénale saine. La tête de la souris est à gauche, la queue est à droite, et l'animal est positionné en supine. Les signaux EKG (vert) et respiratoire (jaune) de la souris sont indiqués sous l'image. L'échelle sur la gauche quantifie la vitesse du flux sanguin par couleur. Le flux rouge est vers le transducteur tandis que le flux bleu est loin du transducteur. L'échelle de droite représente la profondeur en mm.

Figure 5 : Image de vague pulsée (PW) d'une aorte suprarénale saine. Le curseur jaune est placé parallèlement aux parois du navire au centre de l'aorte. Le mode doppler couleur aide l'utilisateur à décider où il captera un signal fort. Les formes d'ondes de vitesse sont indiquées ci-dessous l'image. L'échelle à droite des pics est la vitesse de circulation sanguine en mm/s. Les pics pointus représentent le débit artériel.

Les transducteurs d'ultrasons à haute fréquence récemment développés sont bien adaptés pour visualiser de petites structures jusqu'à une profondeur allant jusqu'à 3 cm. Ici, la polyvalence d'un petit système d'échographie animale a été démontrée pour acquérir des données d'imagerie in vivo de la dynamique de l'aorte de souris. Cette technique exige la pratique et la reconnaissance des difficultés communes, telles que les ombres abdominales et l'alignement de balayage de Doppler. Malgré ces limites, il s'agit d'une technique puissante et polyvalente pour obtenir rapidement des données d'imagerie non invasives. Fait important, cette technique se prête bien à l'imagerie en série du même animal pour des études longitudinales de la progression ou du traitement de la maladie.

L'échographie à haute fréquence chez les petits animaux peut être utilisée dans une variété d'applications cardiovasculaires. Les applications vasculaires incluent le criblage pour la maladie aortique (telle que les aneurysms et les dissections aortiques), la détection de la plaque athéricléérotique, et la mesure du flux sanguin dans les patients présentant la maladie artérielle périphérique. Les artères carotides, les artères iliaques, et le cava inférieur de veine, peuvent être facilement imaged avec l'ultrason. L'imagerie cardiaque est également une application majeure de cette technique et est utilisée pour être en mesure de visualiser les oreillettes et les ventricules des souris ou des cœurs de rat. L'imagerie par ultrasons cardiaques peut donner à l'utilisateur beaucoup d'informations sur le cœur, y compris les dimensions anatomiques, la contractilité, la rigidité, la sortie cardiaque, les modèles de débit, la fonction valvulaire, et / ou la formation de thrombus, pour n'en nommer que quelques-uns. L'échographie peut également être utilisée pour l'imagerie du système reproducteur (comme l'utérus et le col de l'utérus) ou sur la vessie. L'imagerie du système reproducteur serait utile pour examiner les structures de l'utérus, du col de l'utérus et/ou du vagin et obtenir des dimensions. Les chiots pourraient également être visualisés et mesurés chez une souris ou un rat enceinte. En raison des progrès de la technologie des transducteurs et des innovations dans la technologie des ultrasons, ces applications fonctionnent bien chez les petits animaux et peuvent également avoir une applicabilité à l'imagerie humaine superficielle.